Моделирование высокотемпературного нагрева лома
Аннотация
В настоящее время одной из приоритетных задач является снижение себестоимости производства продукции. Сталеплавильное производство, как высокотемпературный процесс, обладает существенными резервами по уменьшению затрат.
Одни из основных направлений по снижению себестоимости и повышению качества продукции при производстве стали — предварительная сушка и нагрев лома. Применение сушки и подогрева позволяет:
существенным образом изменить материальные и тепловые балансы сталеплавильных агрегатов, снижая при этом себестоимость за счет электроэнергии в дуговых печах или благодаря уменьшению доли чугуна в конверторах;
исключить паровые взрывы;
сократить попадание неметаллических включений в металл; уменьшить время плавки и период простоев на ремонт печи; повысить производительность сталеплавильных процессов.
Поставлена задача повышения энергетической и экономической эффективности на примере электросталеплавильного процесса литейного производства.
Представлено запатентованное авторами решение по устройству предварительного нагрева шихты в бадьях для подачи лома для выплавки стали в дуговой электрической печи (ДСП), отличающееся наличием стальной вставки с теплоизолирующим слоем. Даны результаты расчетов тепловых балансов печи для вариантов без подогрева и с подогревом лома до 600 ºС. Подогрев лома до более высоких температур приводит к интенсивному окислению металла, тяжелым условиям работы бадьи и потерям теплоты с уходящими газами. Приведены результаты математического моделирования стенда высокотемпературного нагрева в программно-вычислительном комплексе ANSYS Academic Student Release 19.2. Подведены итоги подбора оборудования для предварительного высокотемпературного нагрева лома, оценены капитальные затраты, рассчитан экономический эффект от перехода на предварительный подогрев лома природным газом, который для рассматриваемых условий составил 43,4 млн руб. в год. Дана оценка простого и дисконтированного сроков окупаемости внедрения предлагаемого и математически исследованного технического решения.
Литература
2. Бигеев В.А., Столяров А.М., Валиахметов А.Х. Металлургические технологии в высокопроизводительном электросталеплавильном цехе. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорского гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2014.
3. Рябов А.В., Чуманов И.В., Шишимиров М.В. Современные способы выплавки стали в дуговых печах. М.: Теплотехник, 2007.
4. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия. М.: Академкнига, 2005.
5. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей / под ред. В.А. Кривандина. М.: Металлургия, 1984.
6. Благонравов Б.П. и др. Печи в литейном производстве. Атлас конструкций. М.: Машиностроение, 1989.
7. Ровин Л.Е., Ровин С.Л. Высокотемпературный подогрев шихты в загрузочных бадьях // Вестник ГГТУ им. П.О. Сухого. 2014. № 1. С. 29—38.
8. Qin J., Qi J.L. Analysis on the Refractory Erosion of the Electric Arc Furnace and Study on the Measures of Protecting the Furnace Lining // Advanced Materials Research. 2013. V. 602—604. Рр. 2082—2086.
9. Кудрин В.А., Шишимиров В.А. Технологические процессы производства стали. Ростов-на-Дону: Феникс, 2017.
10. Пат. № 7458 РБ. Бадья-термос / Л.Е. Ровин, С.Л. Ровин, В.А. Жаранов // Бюл. изобрет. 2010.
11. Шевченко Е.А., Шаповалов А.Н, Братковский Е.В. Повышение стойкости футеровки дуговых сталеплавильных печей путем совершенствования шлакового режима с применением магнийсодержащих материалов // Черные металлы. 2018. № 9. С. 16—21.
12. Пат. № 182800 РФ. Устройство (бадья-термос) для предварительной сушки и нагрева лома / А.А. Чаймелов, К.В. Строгонов // Бюл. изобрет. 2018. № 25.
13. Смирнова Е.Ю., Миронова А.Н. Использование тепла отходящих газов ДСП для подогрева шихты // Электрометаллургия. 2003. № 10. С. 13—19.
14. Зуев М.В. и др. Комплекс технологических и технических решений снижения энерго- и материалоемкости процесса выплавки стального полупродукта в современных ДСП // Металлург. 2014. № 7. С. 45—49.
15. Бигеев А.М. Математическое описание и расчеты сталеплавильных процессов. М.: Металлургия, 1982.
16. Чаймелов А.А., Строгонов К.В. Устройство для сушки и высокотемпературного нагрева лома // Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии в промышленности. Печные агрегаты. Экология: Метариалы IX Междунар. науч.-практ. конф. М.: МИСиС, 2018. С. 40—42.
17. Чаймелов А.А. Стенд для сушки и нагрева лома // Энергетики и металлурги настоящему и будущему России: Материалы IXX Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и специалистов. Магнитогорск, Магнитогорский ГТУ им. Г.И. Носова, 2018. С. 43—46.
18. Иванов Д.В., Доль А.В. Введение в Ansys Workbench. Саратов: Амирит, 2016.
19. Федорова Н.Н., Вальгер С.А., Данилов М.Н., Захарова Ю.В. Основы работы в ANSYS. М.: ДМК Пресс, 2017.
20. Рябчикова Е.С., Рябчиков М.Ю., Парсункин Б.Н. Математическое обеспечение имитационной модели процесса управления технологическим режимом агрегата печь-ковш // Автоматизированные технологии и производства. 2013. № 5. С. 54—66.
---
Для цитирования: Строгонов К.В., Чаймелов А.А. Моделирование высокотемпературного нагрева лома // Вестник МЭИ. 2019. № 6. С. 58—63. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-6-58-63.
#
1. Begeev A.M., Bigeev V.A. Metallurgiya Stali. Teoriya i Tekhnologiya Plavki Stali. Magnitogorsk: Izd- vo Magnitogorskogo Gos. Tekhn. Un-ta im. G.I. Nosova, 2000. (in Russian).
2. Bigeev V.A., Stolyarov A.M., Valiakhmetov A.Kh. Metallurgicheskie Tekhnologii v Vysokoproizvoditel'nom Elektrostaleplavil'nom Tsekhe. Magnitogorsk: Izd-vo Magnitogorskogo Gosud. Tekhn. Un-ta im. G.I. Nosova, 2014. (in Russian).
3. Ryabov A.V., Chumanov I.V., Shishimirov M.V. Sovremennye Sposoby Vyplavki Stali v Dugovykh Pechakh. M.: Teplotekhnik, 2007. (in Russian).
4. Voskoboynikov V.G., Kudrin V.A., Yakushev A.M. Obshchaya metallurgiya. M.: Akademkniga, 2005. (in Russian).
5. Teoriya, Konstruktsii i Raschety Metallurgicheskikh Pechey. Pod Red. V.A. Krivandina. M.: Metallurgiya, 1984. (in Russian).
6. Blagonravov B.P. i dr. Pechi v Liteynom Proizvodstve. Atlas Konstruktsiy. M.: Mashinostroenie, 1989. (in Russian).
7. Rovin L.E., Rovin S.L. Vysokotemperaturnyy Podogrev Shikhty v Zagruzochnykh Bad'yakh. Vestnik GGTU im. P.O. Sukhogo. 2014;1:29—38. (in Russian).
8. Qin J., Qi J.L. Analysis on the Refractory Erosion of the Electric Arc Furnace and Study on the Measures of Protecting the Furnace Lining. Advanced Materials Research. 2013;602—604:2082—2086.
9. Kudrin V.A., Shishimirov V.A. Tekhnologicheskie Protsessy Proizvodstva Stali. Rostov-na-Donu: Feniks, 2017. (in Russian).
10. Pat. № 7458 RB. Bad'ya-termos. L.E. Rovin, S.L. Rovin, V.A. Zharanov. Byul. izobret. 2010. (in Russian).
11. Shevchenko E.A., Shapovalov A.N, Bratkovskiy E.V. Povyshenie Stoykosti Futerovki Dugovykh Staleplavil'nykh Pechey Putem Sovershenstvovaniya Shlakovogo Rezhima s Primeneniem Magniysoderzhashchikh Materialov. Chernye Metally. 2018;9:16—21. (in Russian).
12. Pat. № 182800 RF. Ustroystvo (Bad'ya-termos) dlya Predvaritel'noy Sushki i Nagreva Loma. A.A. Chaymelov, K.V. Strogonov. Byul. izobret. 2018;25. (in Russian).
13. Smirnova E.Yu., Mironova A.N. Ispol'zovanie Tepla Otkhodyashchikh Gazov DSP dlya Podogreva Shikhty. Elektrometallurgiya. 2003;10:13—19. (in Russian).
14. Zuev M.V. i dr. Kompleks Tekhnologicheskikh i Tekhnicheskikh Resheniy Snizheniya Energo- i Materialoemkosti Protsessa Vyplavki Stal'nogo Poluprodukta v Sovremennykh DSP. Metallurg. 2014;7:45—49. (in Russian).
15. Bigeev A.M. Matematicheskoe opisanie i raschety staleplavil'nykh protsessov. M.: Metallurgiya, 1982. (in Russian).
16. Chaymelov A.A., Strogonov K.V. Ustroystvo dlya Sushki i Vysokotemperaturnogo Nagreva Loma. Energoeffektivnye i Resursosberegayushchie Tekhnologii v Promyshlennosti. Pechnye Agregaty. Ekologiya: Metarialy IX Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. M.: MISiS, 2018:40— 42. (in Russian).
17. Chaymelov A.A. Stend dlya Sushki i Nagreva Loma. Energetiki i Metallurgi Nastoyashchemu i Budushchemu Rossii: Materialy IXX Vseros. Nauch.-prakt. Konf. Studentov, Aspirantov i Spetsialistov. Magnitogorsk, Magnitogorskiy GTU im. G.I. Nosova, 2018:43—46. (in Russian).
18. Ivanov D.V., Dol' A.V. Vvedenie v Ansys Workbench. Saratov: Amirit, 2016. (in Russian).
19. Fedorova N.N., Val'ger S.A., Danilov M.N., Zakharova Yu.V. Osnovy Raboty v ANSYS. M.: DMK Press, 2017. (in Russian).
20. Ryabchikova E.S., Ryabchikov M.Yu., Parsunkin B.N. Matematicheskoe Obespechenie Imitatsionnoy Modeli Protsessa Upravleniya Tekhnologicheskim Rezhimom Agregata Pech'-kovsh. Avtomatizirovannye Tekhnologii i Proizvodstva. 2013;5:54—66. (in Russian).
---
For citation: Strogonov K.V., Chaymelov A.A. Modeling the High-Temperature Heating of Scrap Metal. Bulletin of MPEI. 2019;6: 58—63. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-6-58-63
